1.1.1 监控系统结构
图 SEQ 图 \* ARABIC 1 系统结构示意图
周界入侵安防系统由定位型振动光纤预警系统、摄像机以及其他电子设备等构成。本方案主要描述定位型振动光纤预警系统的结构组成以及与摄像机的联动。
定位型振动光纤预警系统基于振动光纤识别攀爬、翻越围栏、剪切光缆（围栏）等破坏事件，它具备如下特点：探测范围大（30km/通道）、定位精度高、安装方便、光缆沿线无供电和通信配套需求、天然防雷击、环境适应能力强，十分适用于大范围恶劣环境的周界入侵探测。
定位型振动光纤预警系统提供丰富的报警输出接口，可接入局域网，满足多级综合监控的需求，为调度自动化提供了可靠的技术保障。
一套定位型振动光纤预警系统可接两个通道的振动光缆，每条振动光缆的长度最大可达30km，振动光缆直接敷设在铁丝围栏上。当某个位置的入侵发生（攀爬围栏和剪切光缆）时，定位型振动光纤预警系统通过振动光缆探测到入侵信号以及相应的入侵位置，一般定位精度为30m~50m，并通过接入的局域网发送入侵信息到监控中心。然后，监控中心分发入侵报警信息至监控子中心，同时可联动摄像头观察。
定位型振动光纤预警系统的主机设备可以放在室内，通过传输光缆与振动光缆连接即可，降低施工难度和调试难度，以及后期的维护。定位型振动光纤预警提供网口与局域网相连。
振动光缆的最低工作温度为-30℃，只要保证定位型振动光纤预警系统主机设备的工作环境，具体指标参考 ，定位型振动光纤预警系统就能在大雪等寒冷天气工作，即使大雪覆盖了振动光缆，预警系统依旧能够正常工作。
1.1.2 系统组成
图 SEQ 图 定位型振动光纤预警系统的组成
定位型振动光纤预警系统由探测仪、信号处理主机以及振动光缆、传输光缆等构成。
振动光缆铺设在围栏或者埋在地面，通过传输光缆与探测仪连接。振动光缆对振动敏感，感知入侵事件。而传输光缆主要起到导光的作用，对振动不敏感。
探测仪通过对振动光缆中的一芯光纤发射和接收光信号，获得振动光缆上不同位置处的振动信息，并将振动事件上传到信号处理主机。
信号处理主机，对接收到的振动事件做模式识别分析，最终输出判断结果。当入侵事件发生时，信号处理主机在电子地图上指示入侵发生的位置并告警，如
图 3所示。
图 SEQ 图 电子地图报警
在小范围单机工作模式下，信号处理主机可以通过继电器输出联动信号。
在大范围组网模式下，信号处理主机可以向网络上的监控中心主机发送告警信息，在监控中心汇总入侵报警信息。
1.1.3 铺设方案
光缆的铺设将按照高防护等级、中防护等级和低防护等级设计，可根据实际需求选择。
高防护等级的光缆铺设区域比较密集，能较好地监测到攀爬翻越入侵以及破坏围栏（光缆）突破的入侵事件。但是它的光缆长度大约与实际围栏长度的比例为3:1，即30km的光缆只能防御10km的实际地理空间，如 REF _Ref481652901 \h 图 4所示。
图 SEQ 图 \* ARABIC 4 高防护等级布置示意图
中防护等级的光缆铺设区域密集程度较高防护等级弱，但是光缆能覆盖更大的地理空间，因为光缆悬空，虚警会比其他方案高，如 REF _Ref481652972 \h 图 5所示。
图 SEQ 图 \* ARABIC 5 中防护等级布置示意图
低防护等级的光缆铺设区域最不密集，以直线的形式铺设，可能存在剪切围栏而突破的风险，但是光缆能覆盖最大的地理空间，成本最低。
图 SEQ 图 \* ARABIC 6 低防护等级布置示意图
根据上述三种方案的描述，按照280km周界设计定位型振动光纤预警系统，各种的优缺点和设备数量如下表所示。
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方案 |
入侵监测能力 |
光缆长度和物理空间比例 |
光缆长度 |
设备数量（套） |
|
高防护等级 |
攀爬、剪切突破的概率很低，环境适应能力强 |
3:1 |
840km |
14 |
|
中防护等级 |
攀爬、剪切突破的概率较低，但是光缆有悬空部分，增加了虚警 |
2:1（可调整） |
560km |
10 |
|
低防护等级 |
攀爬突破的概率低，但是有一定剪切围栏突破的风险 |
1:1 |
280km |
5 |
1.1.4 技术指标
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参数 |
指标 |
|
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周界入侵监测应用 |
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最大探测范围 |
30km?2（光缆长度） |
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|
定位精度 |
30m~50m |
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光纤类型 |
1根普通单模光纤/通道 |
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|
通道数 |
2通道 |
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|
光纤接口 |
FC/APC |
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测量方式 |
单端开路测量 |
|
|
光缆布设 |
围栏/围墙 |
埋地/铺地 |
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入侵监测类型 |
攀爬、翻越、剪切 |
走动、挖掘、打桩等 |
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入侵报警时间 |
<3s |
|
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报警方式 |
电子地图、声光报警、短信通知等 |
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断电报警功能 |
有 |
|
|
防拆报警功能 |
有 |
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电压监控功能 |
有 |
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设备监控接口 |
串口 |
|
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联动接口 |
继电器或者以太网口 |
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组网接口 |
以太网口 |
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供电 |
220V，3A |
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室内设备工作温度 |
-10℃~40℃ |
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光缆工作温度 |
-30℃~70℃ |
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1.1.5 系统特点
l 入侵事件可精确定位；
l 单芯光纤探测，探测范围远（光缆长度：30km?2），覆盖广；
l 无辐射，抗电磁干扰，天然抗雷击；
l 沿线无需供电，布设方式灵活（围栏、围墙、埋地以及水下等）；
l 地形适应能力强，光缆施工简单方便；
l 联动功能：可通过继电器、网络接口与视频等系统联动；
l 报警方式：电子地图，声光报警，短信通知等。
1.1.6 工作原理
光纤不仅能够传输信号，还能够感知外界环境的信息。当外界环境的微弱振动、压力等传递到光纤时，光纤的折射率以及长度发生变化，结合光学的相干效应和时域反射仪，定位型振动光纤探测仪利用一根光纤，就可以检测到微弱振动，并定位振动发生的位置。定位型振动光纤入侵探测系统在获取振动信号后，利用智能识别算法辨别入侵事件，排除外部环境干扰的影响，最终对危险的入侵事件发出警报。
定位型振动光纤入侵探测系统采用光纤作为传感器件，因此天然地具备探测距离远、无辐射、抗电磁干扰、环境适应能力强、沿线无需供电、布设灵活等优点。
振动探测原理：
当传感振动光纤受到外力（各种振动应力）时，会引起光纤的折射率和光程的变化。此时，通过探测背向散射光波的相干特性，即可探测到光纤受到的外界振动信息。
入侵定位原理：
根据光波脉冲的返回时间，可以确定入侵信号的精确位置。定位精度由脉冲光源产生光波的相干性和脉冲宽度决定。
入侵事件特征和识别：
通过提取入侵事件的时频域等特征，以及模式识别算法，可以有效地识别入侵的行为，最终输出入侵告警信息。
图 SEQ 图 \* ARABIC 8入侵事件的检测和识别.
攀爬事件: (a) 时域信号, (b) 频谱特征;
敲击、挖掘事件: (c) 时域信号, (d) 频谱特征.
